RU2714113C1 - Pichia pastoris yeast transformer producing xylanase - Google Patents

Pichia pastoris yeast transformer producing xylanase Download PDF

Info

Publication number
RU2714113C1
RU2714113C1 RU2019107442A RU2019107442A RU2714113C1 RU 2714113 C1 RU2714113 C1 RU 2714113C1 RU 2019107442 A RU2019107442 A RU 2019107442A RU 2019107442 A RU2019107442 A RU 2019107442A RU 2714113 C1 RU2714113 C1 RU 2714113C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
xylanase
pichia pastoris
paenibacillus
yeast
endo
Prior art date
Application number
RU2019107442A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Анна Николаевна Калинина
Лариса Николаевна Борщевская
Татьяна Леонидовна Гордеева
Аннета Михайловна Агранович
Сергей Павлович Синеокий
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение "Государственный научно-исследовательский институт генетики и селекции промышленных микроорганизмов Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" (НИЦ "Курчатовский институт" - ГосНИИгенетика)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение "Государственный научно-исследовательский институт генетики и селекции промышленных микроорганизмов Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" (НИЦ "Курчатовский институт" - ГосНИИгенетика) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение "Государственный научно-исследовательский институт генетики и селекции промышленных микроорганизмов Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" (НИЦ "Курчатовский институт" - ГосНИИгенетика)
Priority to RU2019107442A priority Critical patent/RU2714113C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2714113C1 publication Critical patent/RU2714113C1/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N15/00Mutation or genetic engineering; DNA or RNA concerning genetic engineering, vectors, e.g. plasmids, or their isolation, preparation or purification; Use of hosts therefor
    • C12N15/09Recombinant DNA-technology
    • C12N15/63Introduction of foreign genetic material using vectors; Vectors; Use of hosts therefor; Regulation of expression
    • C12N15/79Vectors or expression systems specially adapted for eukaryotic hosts
    • C12N15/80Vectors or expression systems specially adapted for eukaryotic hosts for fungi
    • C12N15/81Vectors or expression systems specially adapted for eukaryotic hosts for fungi for yeasts

Abstract

FIELD: microbiology; biotechnology.SUBSTANCE: invention relates to microbiology and biotechnology, particularly to a Pichia pastoris yeast transformer producing xylanase and containing xyl gene coding endo-1,4-β-loxanase from Paenibacillus brasilensis or an enzyme whose amino acid sequence is homologous by at least 93 %.EFFECT: disclosed is Pichia pastoris yeast transformant producing xylanase.1 cl, 3 dwg, 4 ex

Description

Изобретение относится к микробиологии и биотехнологии и касается получения трансформантов дрожжей Pichia pastoris, способных продуцировать ксиланазу.The invention relates to microbiology and biotechnology and for the production of transformants of the yeast Pichia pastoris, capable of producing xylanase.

Ксилан является основным структурным полисахаридом растительных клеткок и вторым после целлюлозы наиболее распространенным полисахаридом в природе [Biotech. Genet Eng. Rev. 1995, 13, 100-131]. Это комплексный полисахарид, основная цепь которого состоит из β-(1-4) связанного ксилозного скелета с небольшим количеством β-(1-3) ответвлений [Macromol Rapid Commun., 2000, 21(9), 542-556. doi: 10.1002/1521-3927(20000601)21:9<542::AID-MARC542>3.0.CO;2-7].Xylan is the main structural polysaccharide of plant cells and the second most common polysaccharide in nature after cellulose [Biotech. Genet Eng. Rev. 1995, 13, 100-131]. This is a complex polysaccharide, the main chain of which consists of a β- (1-4) linked xylose skeleton with a small amount of β- (1-3) branches [Macromol Rapid Commun., 2000, 21 (9), 542-556. doi: 10.1002 / 1521-3927 (20000601) 21: 9 <542 :: AID-MARC542> 3.0.CO; 2-7].

Полная деградация ксилана требует комплекса ксиланолитических ферментов, включающих эндо-ксиланазу, ксилозидазу, глюкуронидазу, ацетилэстеразу и арабинофуранозидазу [Crit Rev Biotechnol., 2002, 22, 33-64, doi:10.1080/07388550290789450].Complete xylan degradation requires a complex of xylanolytic enzymes, including endo-xylanase, xylosidase, glucuronidase, acetyl esterase and arabinofuranosidase [Crit Rev Biotechnol., 2002, 22, 33-64, doi: 10.1080 / 07388550290789450].

Основную роль в разрушении ксилана играет эндо-ксиланаза (эндо-1,4-β-ксиланаза, ЕС 3.2.1.8), которая катализирует случайный гидролиз ксилана до ксилололигосахаридов.The main role in the destruction of xylan is played by endo-xylanase (endo-1,4-β-xylanase, EC 3.2.1.8), which catalyzes the random hydrolysis of xylan to xylene oligosaccharides.

Ксиланазы широко используются в различных отраслях промышленности.Xylanases are widely used in various industries.

Так при кормопроизводстве введение ксиланаз уменьшает содержание некрахмальных полисахаридов, тем самым снижая вязкость корма в кишечнике животных и улучшая усвояемость и питательную ценность плохо разлагаемых кормов. [J. Anim. Sci., 2002, 80, 2773-2779; Br. Poult. Sci., 2003, 44, 60-66; Br. Poult. Sci., 2003, 44, 291-298]So during feed production, the introduction of xylanases reduces the content of non-starch polysaccharides, thereby reducing the viscosity of the feed in the intestines of animals and improving the digestibility and nutritional value of poorly decomposed feeds. [J. Anim. Sci., 2002, 80, 2773-2779; Br. Poult. Sci., 2003, 44, 60-66; Br. Poult. Sci., 2003, 44, 291-298]

Природными источниками ксиланаз являются различные микроорганизмы: бактерии, грибы, дрожжи и актиномицеты [FEMS Microbiology Reviews, 2005, 29 (1), 3-23].Various microorganisms are natural sources of xylanases: bacteria, fungi, yeast, and actinomycetes [FEMS Microbiology Reviews, 2005, 29 (1), 3-23].

Традиционно ферментные препараты, в состав которых входят ксиланазы, получают на основе нерекомбинантных или рекомбинантных штаммов грибов рода Trichoderma, Aspergillus или Penicillium. Однако грибные штаммы, помимо ксиланазы, продуцируют ряд других ферментов, относящихся к карбогидразам, а именно: целлюлазу, глюканазу, пектиназу и маннаназу, что не позволяет использовать их при производстве моноферментных препаратов.Traditionally, enzyme preparations, which include xylanases, are obtained on the basis of non-recombinant or recombinant strains of the fungi of the genus Trichoderma, Aspergillus or Penicillium. However, fungal strains, in addition to xylanase, produce a number of other enzymes related to carbohydrases, namely cellulase, glucanase, pectinase and mannanase, which does not allow their use in the production of monozyme preparations.

Наиболее перспективным является создание продуцентов ферментов на основе рекомбинантных штаммов метилотрофных дрожжей Pichia pastoris. При использовании несбраживаемых источников углерода (глицерина, метанола и т.п.) дрожжи Pichia pastoris способны к росту с образованием биомассы высокой плотности, что позволяет получать значительные количества гетерологичного белка [Appl. Microbiol. Biotechnol, 2000, 54(6), 741-750]. При этом процесс культивирования метилотрофных дрожжей достаточно прост, поскольку их рост не блокируется продуктами метаболизма [FEMS Microbiol.Rev., 2000, 24:45-66, doi: 10.1111/j.l574-6976.2000.tb00532.x].The most promising is the creation of enzyme producers based on recombinant strains of methylotrophic yeast Pichia pastoris. When using non-fermentable carbon sources (glycerol, methanol, etc.), Pichia pastoris yeast is able to grow with the formation of high density biomass, which allows to obtain significant amounts of heterologous protein [Appl. Microbiol. Biotechnol, 2000, 54 (6), 741-750]. Moreover, the cultivation process of methylotrophic yeast is quite simple, since their growth is not blocked by metabolic products [FEMS Microbiol.Rev., 2000, 24: 45-66, doi: 10.1111 / j.l574-6976.2000.tb00532.x].

Известны примеры создания продуцентов ксиланазы на основе дрожжей Pichia pastoris.Known examples of the creation of xylanase producers based on the yeast Pichia pastoris.

Показано [Protein Expression and Purification 57 (2008), 101-107], что ген reBlxA из Bacillus licheniformis, кодирующий ксиланазу А, эффективно экспрессируется в клетках дрожжей Pichia pastoris, при этом активность рекомбинантной ксиланазы в культуральной жидкости составляет 122.9 U/mg.It was shown [Protein Expression and Purification 57 (2008), 101-107] that the reBlxA gene from Bacillus licheniformis encoding xylanase A is efficiently expressed in Pichia pastoris yeast cells, while the activity of recombinant xylanase in the culture fluid is 122.9 U / mg.

Известны также рекомбинантные штаммы Pichia pastoris, продуцирующие ксиланазу из Streptomyces sp.FA1 [CN107142225A] и ксиланазу из Neocallimastix frontalis [CN104130951A].Recombinant strains of Pichia pastoris producing xylanase from Streptomyces sp.FA1 [CN107142225A] and xylanase from Neocallimastix frontalis [CN104130951A] are also known.

В работе [Биотехнология, 2018, 34(6), в печати] описан ген xyl из Paenibacillus brasilensis кодирующий фермент эндо-1,4-β-ксиланазу (ЕС 3.2.1.8).The work [Biotechnology, 2018, 34 (6), in press] describes the xyl gene from Paenibacillus brasilensis encoding the enzyme endo-1,4-β-xylanase (EC 3.2.1.8).

Поскольку гены ксиланаз различного происхождения экспрессируются в дрожжах Pichia pastoris с различной эффективностью [Биотехнология, 2018, 34(4), 26-36] важной задачей для конструирования эффективных продуцентов является выбор генов, кодирующих ксиланазу и эффективно работающих в дрожжах Pichia pastoris.Since xylanase genes of different origin are expressed in Pichia pastoris yeast with different efficiency [Biotechnology, 2018, 34 (4), 26-36], an important task for constructing efficient producers is the choice of genes encoding xylanase and efficiently working in Pichia pastoris yeast.

Задачей заявляемого изобретения является расширение арсенала рекомбинантных микроорганизмов, продуцирующих ксиланазу.The task of the invention is to expand the arsenal of recombinant microorganisms producing xylanase.

Задача решена путем получения трансформанта дрожжей Pichia pastoris, продуцирующего ксиланазу, содержащего ген xyl, кодирующий эндо-1,4-β-ксиланазу из Paenibacillus brasilensis или фермент, аминокислотная последовательность которого гомологична ей не менее, чем на 93%The problem was solved by obtaining a Pichia pastoris yeast transformant producing xylanase containing the xyl gene encoding endo-1,4-β-xylanase from Paenibacillus brasilensis or an enzyme whose amino acid sequence is not less than 93% homologous to it

К ферментам, аминокислотная последовательность которых гомологична эндо-1,4-β-ксиланазе из Paenibacillus brasilensis [NCBI: MK014302] не менее, чем на 93% относятся, например, эндо-1,4-β-ксиланаза из Paenibacillus polymyxa [NCBI: WP_061831741.1], или эндо-1,4-β-ксиланаза из Paenibacillus terrae [NCBI: WP_014280040.1], или эндо-1,4-β-ксиланаза из Paenibacillus peoriae [NCBI: WP_104496610.1], или эндо-1,4-β-ксиланаза из Paenibacillus jamilae [NCBI: WP_063212880.1.Enzymes whose amino acid sequence is homologous to endo-1,4-β-xylanase from Paenibacillus brasilensis [NCBI: MK014302] are not less than 93%, for example, endo-1,4-β-xylanase from Paenibacillus polymyxa [NCBI: WP_061831741.1], or endo-1,4-β-xylanase from Paenibacillus terrae [NCBI: WP_014280040.1], or endo-1,4-β-xylanase from Paenibacillus peoriae [NCBI: WP_104496610.1], or end 1,4-β-xylanase from Paenibacillus jamilae [NCBI: WP_063212880.1.

Получение заявленных трансформантов включает введение гена xyl из Paenibacillus brasilensis в клетки дрожжей Pichia pastoris с помощью экспрессионной кассеты, включающей в свой состав ген xyl, промотор, работающий в дрожжах Pichia pastoris, сигнальный пептид для осуществления секреции фермента в культуральную жидкость, терминатор, маркерный ген и, предпочтительно, сайт для гомологичной интеграции в хромосому. Интеграция может быть осуществлена путем как гомологичной, так и негомологичной рекомбинации. Трансформацию экспрессионной кассеты в клетки дрожжей Pichia pastoris осуществляют любым подходящим методом, например, методом электоропорации [http://tools.thermofisher.com/content/sfs/manuals/pich_man.pdf) или методом с использованием полиэтиленгликоля или протопластов [http://www.thermofisher.com/order/catalog/product/K173001].Obtaining the claimed transformants involves introducing the xyl gene from Paenibacillus brasilensis into Pichia pastoris yeast cells using an expression cassette that includes the xyl gene, a promoter that works in Pichia pastoris yeast, a signal peptide for secretion of the enzyme into the culture fluid, terminator, marker gene and preferably a site for homologous integration into the chromosome. Integration can be carried out by both homologous and non-homologous recombination. The transformation of the expression cassette into Pichia pastoris yeast cells is carried out by any suitable method, for example, by electroporation [http://tools.thermofisher.com/content/sfs/manuals/pich_man.pdf) or by using polyethylene glycol or protoplasts [http: // www.thermofisher.com/order/catalog/product/K173001].

Конструирование экспрессионных кассет осуществляют стандартными методами генетической инженерии [Рыбчин В.Н. Основы генетической инженерии. - СПб.: СПбГТУ, 1999; Sambrook J., Maniatis Т., Fritsch Е. Molecular cloning: a laboratory manual. - N.Y.: Cold Spring Harbor Laboratory, 1989.] с использованием генетических элементов, подходящих для работы с, дрожжами Pichia pastoris. В качестве промоторов используют АОХ1, DAS, FLD1, ICL1, PHO89, THI11, ADH1, ENO1, GUT1, GAP, TEF1, PGK1, GCW14, G1, G6 или другие [Appl Microbiol Biotechnol, 2014, 98, 5301-5317]. В качестве сигнальных пептидов используют α-фактор, PHO1, SUC2, PHA-E, KILM1, pGKL, CLY, CLY-L8, K28 pre-pro-toxin или другие [Appl Microbiol Biotechnol., 2014, 98, 5301-5317]. В качестве селективных маркеров используют любые подходящие маркеры, например, гены резистентности к антибиотикам зеоцину, генетицину (G418) или бластицидину С, а также гены комплементирующие ауксотрофные мутации в геноме Pichia pastoris, например, HIS4, МЕТ2, ADE1, ARG4, URA3, URA5, GUT1 [Yeast 2005; 22, 249-270]. В качестве плечей для гомологичной интеграции используют последовательности генов АОХ1, HIS4 (http://www.thermofisher.com/order/catalog/product/V17520] или другие последовательности, гомологичные участкам хромосомы дрожжей Pichia pastoris.The construction of expression cassettes is carried out by standard methods of genetic engineering [Rybchin V.N. Fundamentals of Genetic Engineering. - SPb .: SPbSTU, 1999; Sambrook J., Maniatis T., Fritsch E. Molecular cloning: a laboratory manual. - N.Y .: Cold Spring Harbor Laboratory, 1989.] using genetic elements suitable for working with Pichia pastoris yeast. AOX1, DAS, FLD1, ICL1, PHO89, THI11, ADH1, ENO1, GUT1, GAP, TEF1, PGK1, GCW14, G1, G6 or others are used as promoters [Appl Microbiol Biotechnol, 2014, 98, 5301-5317]. Α-factor, PHO1, SUC2, PHA-E, KILM1, pGKL, CLY, CLY-L8, K28 pre-pro-toxin or others are used as signal peptides [Appl Microbiol Biotechnol., 2014, 98, 5301-5317]. As selective markers, any suitable markers are used, for example, antibiotic resistance genes zeocin, geneticin (G418) or blastidin C, as well as complementary auxotrophic mutations in the Pichia pastoris genome, for example, HIS4, MET2, ADE1, ARG4, URA3, URA5, URA5, GUT1 [Yeast 2005; 22, 249-270]. As shoulders for homologous integration, gene sequences AOX1, HIS4 (http://www.thermofisher.com/order/catalog/product/V17520] or other sequences homologous to regions of the Pichia pastoris yeast chromosome are used.

Изобретение проиллюстрировано следующими фигурами.The invention is illustrated by the following figures.

Фиг. 1 Экспрессионная кассета 1FIG. 1 Expression cassette 1

Фиг. 2 Электрофорез гена xyl Paenibacillus brasilensis.FIG. 2 Electrophoresis of the xyl Paenibacillus brasilensis gene.

Фиг. 3 Фингерпринт штамма Pichia pastoris ВКПМ Y-4393FIG. 3 Fingerprint of the strain Pichia pastoris VKPM Y-4393

Изобретение подтверждено следующими примерами.The invention is confirmed by the following examples.

Пример 1. Получение трансформанта дрожжей Pichia pastoris, несущего ген xyl из Paenibacillus brasilensisExample 1. Obtaining a transformant of the yeast Pichia pastoris carrying the xyl gene from Paenibacillus brasilensis

При конструировании интегративной экспрессионной кассеты используют метод "фьюжн-пцр" [Gene., 1989, 15, 77(1), 61-68.]. В качестве источника гена xyl используют тотальную геномную ДНК Paenibacillus brasilensis X1 ВКПМ В-13092 [Биотехнология, 2018, 34(6) в печати]. Синтезируют ДНК гена xyl методом ПЦР с использованием праймеров XylP-f и XylP-rWhen constructing an integrative expression cassette, the fusion-PCR method is used [Gene., 1989, 15, 77 (1), 61-68.]. The total genomic DNA of Paenibacillus brasilensis X1 VKPM B-13092 is used as the source of the xyl gene [Biotechnology, 2018, 34 (6) in print]. Synthesize xyl gene DNA by PCR using XylP-f and XylP-r primers

Figure 00000001
Figure 00000001

Полученную последовательность ДНК встраивают в состав экспрессионной кассеты 1 (фиг. 1), в состав которой входят следующие генетические элементы:The resulting DNA sequence is integrated into the expression cassette 1 (Fig. 1), which includes the following genetic elements:

1. Ген xyl Paenibacillus brasilensis, встроенный в единую рамку считывания с нуклеотидной последовательностью сигнального пептида α-фактороа, под контролем АОХ1 промотора;1. The xyl Paenibacillus brasilensis gene, integrated into a single reading frame with the nucleotide sequence of the α factor factor signal peptide, under the control of the AOX1 promoter;

2. Терминатор транскрипции ТТАОХ1;2. Transcriptional terminator TTAOX1;

3. Дрожжевой селективный маркер kan, фланкированный сайтами lox 66 и lox 71, под контролем дрожжевого TEF промотора и обуславливающий у дрожжей Pichia pastoris устойчивость к антибиотику генетицину (G418);3. The yeast selective marker kan, flanked by the lox 66 and lox 71 sites, under the control of the yeast TEF promoter and causing antibiotic resistance to geneticin in the yeast Pichia pastoris (G418);

4. Область интеграции - нуклеотидная последовательность гена АОХ2.4. The area of integration is the nucleotide sequence of the AOX2 gene.

Указанную интегративную экспрессионную кассету трансформируют в штамм Pichia pastoris ВКПМ Y-4392, полученный на основе штамма Pichia pastoris DSMZ 70877 интеграцией в хромосому кассеты Pcup-cre, состоящей из гена cre, кодирующего рекомбиназу бактериофага Р1 под контролем Pcup промотора из Saccharomyces cerevisiae.The indicated integrative expression cassette was transformed into the Pichia pastoris VKPM strain Y-4392, obtained on the basis of the Pichia pastoris strain DSMZ 70877 by integration into the chromosome of the Pcup-cre cassette consisting of the cre gene encoding bacteriophage P1 recombinase under the control of the Pcup promoter from Saccharomyces cere.

Штамм Pichia pastoris ВКПМ Y-4392 предварительно выращивают в жидкой питательной среде YPD (мас. %: дрожжевой экстракт - 1, пептон - 2, вода - остальное) до концентрации 1×108 клеток на 1 мл. Клетки центрифугируют, промывают в ледяной стерильной воде, а затем в ледяном растворе 1М сорбитола. Затем клетки инкубируют в 25 мМ растворе дитиотрейтола в течение 15 минут и промывают в ледяном растворе 1М сорбитола. Обработанные таким образом клетки ресуспендируют в ледяном растворе 1 М сорбитола в концентрации 1-5×109 клеток на 1 мл. Аликвоту, объемом 40 мкл клеточной суспензии, переносят в охлажденный эппендорф, добавляют 400 нг ДНК экспрессионной интеграционной кассеты, и инкубируют во льду 5 минут. Смесь клеток и ДНК переносят в предварительно охлажденную кювету для электропорации. Электропорацию проводят при следующих условиях: 1,5 кВ, 400 Ом, 25uF. После порации добавляют 1 мл ледяного раствора 1М сорбитола.The strain Pichia pastoris VKPM Y-4392 is pre-grown in a liquid nutrient medium YPD (wt.%: Yeast extract - 1, peptone - 2, water - the rest) to a concentration of 1 × 10 8 cells per 1 ml. Cells are centrifuged, washed in ice-cold sterile water, and then in ice-cold 1M sorbitol solution. Then the cells are incubated in a 25 mm solution of dithiothreitol for 15 minutes and washed in an ice-cold solution of 1M sorbitol. The cells thus treated are resuspended in an ice-cold solution of 1 M sorbitol at a concentration of 1-5 × 10 9 cells per ml. An aliquot of 40 μl of the cell suspension was transferred to chilled eppendorf, 400 ng of DNA of the expression integration cassette was added, and incubated in ice for 5 minutes. The mixture of cells and DNA is transferred into a pre-cooled cell for electroporation. Electroporation is carried out under the following conditions: 1.5 kV, 400 Ohms, 25uF. After poreing, add 1 ml of ice-cold 1M sorbitol solution.

Селекцию трансформантов ведут на агаризованной среде среде YPD (мас. %: дрожжевой экстракт - 1, пептон - 2, агар - 2, вода - остальное) с добавлением глюкозы (2 мас. %) в течение 5 суток при температуре 30°С. В качестве селективного агента добавляют антибиотик G418 в количестве 500 мкг/мл.The transformants are selected on an agar medium YPD medium (wt.%: Yeast extract - 1, peptone - 2, agar - 2, water - the rest) with the addition of glucose (2 wt.%) For 5 days at a temperature of 30 ° C. An antibiotic G418 is added as a selective agent in an amount of 500 μg / ml.

Для отбора наиболее продуктивных трансформантов проводят их культивирование в жидкой ферментационной питательной среде YP (мас. %: дрожжевой экстракт - 1, пептон - 2, агар - 2, вода - остальное) с добавлением метанола (3 мас. %) в 96-луночных планшетах при 30°С в течение 72 ч на качалке (250 об/мин). В качестве контроля используют штамм Pichia pastoris Y-4392.To select the most productive transformants, they are cultured in a liquid fermentation nutrient medium YP (wt.%: Yeast extract - 1, peptone - 2, agar - 2, water - the rest) with the addition of methanol (3 wt.%) In 96-well plates at 30 ° C for 72 hours on a rocking chair (250 rpm). As a control, the strain Pichia pastoris Y-4392 is used.

Определение активности ксиланазы в культуральной жидкости проводят с использованием ДНС метода [Anal Chem., 1959, 31 (3), 426-428] в 96-луночном планшете следующим образом: в каждой лунке смешивают 25 мкл 1% раствора субстрата ксилана березы в 0,5 М ацетатном буфере (рН 6) и 25 мкл культуральной жидкости. Инкубацию проводят при 50°С 10 минут, после чего добавляют в лунку 50 мкл раствора ДНС. Планшет прогревают при 99°С 10 минут и измеряют оптическую плотность окрашенного раствора при длине волны 546 нм. В качестве стандарта используют раствор глюкозы.The determination of xylanase activity in the culture fluid is carried out using the DNS method [Anal Chem., 1959, 31 (3), 426-428] in a 96-well plate as follows: 25 μl of a 1% solution of birch xylan substrate in 0 is mixed in each well. 5 M acetate buffer (pH 6) and 25 μl of culture fluid. Incubation is carried out at 50 ° C for 10 minutes, after which 50 μl of a DNS solution is added to the well. The tablet is heated at 99 ° C for 10 minutes and the optical density of the colored solution is measured at a wavelength of 546 nm. A glucose solution is used as a standard.

По результатам ферментации отбирают наиболее продуктивный трансформант №378, который при культивировании в планшете синтезирует ксиланазу в количестве 212 ед/мл культуральной жидкости.According to the fermentation results, the most productive transformant No. 378 is selected, which, when cultured in a plate, synthesizes xylanase in an amount of 212 units / ml of culture fluid.

Для выщепления маркерного гена kanMX из экспрессионной кассеты, интегрированной в хромосому трансформанта №378, проводят индукцию гена cre, кодирующего рекомбиназу бактериофага Р1, встроенного в хромосому штамма Pichia pastoris Y-4392 (Mut+, INS Pcup-cre) и находящегося под контролем промотора Pcup. Индукция происходит в присутствии ионов меди. Для этого клетки трансформанта №378 выращивают в жидкой питательной среде YPD (мас. %: дрожжевой экстракт - 1, пептон - 2, вода - остальное) до концентрации 1×108 клеток на 1 мл, после чего добавляют раствор сульфата меди до концентрации 0,3 М, инкубируют в течении 3 часов, после чего клетки высевают на агаризованную питательную среду YPD (мас. %: дрожжевой экстракт - 1, пептон - 2, агар - 2, вода - остальное) с добавлением глюкозы (2 мас. %). Отбирают колонии, не способные к росту в присутствии антибиотика G418.To remove the kanMX marker gene from the expression cassette integrated into the chromosome of transform No. 378, the cre gene encoding the recombinase of bacteriophage P1 inserted into the chromosome of the Pichia pastoris Y-4392 strain (Mut +, INS Pcup-cre) and controlled by the Pcup promoter is induced. Induction occurs in the presence of copper ions. For this, transformant cells No. 378 are grown in a liquid nutrient medium YPD (wt.%: Yeast extract - 1, peptone - 2, water - the rest) to a concentration of 1 × 10 8 cells per 1 ml, after which a solution of copper sulfate is added to a concentration of 0 , 3 M, incubated for 3 hours, after which the cells are seeded on a YPD agar medium (wt.%: Yeast extract - 1, peptone - 2, agar - 2, water - the rest) with the addition of glucose (2 wt.%) . Colonies incapable of growth in the presence of the antibiotic G418 are selected.

Таким образом отобран трансформант №378 kanMX- с выщепленным маркерным геном kanMX, способный к синтезу фермента эндо-1,4-β-ксиланазы Paenibacillus brasilensis который депонирован во Всероссийской Коллекции Промышленных Микроорганизмов (ВКПМ) как Pichia pastoris ВКПМ Y-4393.Thus, transformant No. 378 kanMX- with the deleted marker gene kanMX was selected, capable of synthesizing the enzyme endo-1,4-β-xylanase Paenibacillus brasilensis which was deposited in the All-Russian Collection of Industrial Microorganisms (VKPM) as Pichia pastoris VKPM Y-4393.

Наличие в хромосоме штамма вставки гена xyl Paenibacillus brasilensis подтверждают методом полимеразной цепной реакции (ПЦР), для чего используют хромосомальную ДНК, выделенную из клеток штамма Pichia pastoris ВКПМ Y-4393 и специфические праймеры XylP-f и XylP-rThe presence of the xyl Paenibacillus brasilensis gene insertion strain on the chromosome is confirmed by polymerase chain reaction (PCR), using chromosomal DNA isolated from cells of the Pichia pastoris strain VKPM Y-4393 and specific primers XylP-f and XylP-r

Figure 00000002
Figure 00000002

Режим реакции ПЦР:PCR reaction mode:

95°С - 3 мин - 1 цикл95 ° C - 3 min - 1 cycle

30 циклов:30 cycles:

95°С - 30 сек.95 ° C - 30 sec.

60°С - 30 сек.60 ° C - 30 sec.

72°С - 60 сек.72 ° C - 60 sec.

72°С - 5 мин. - 1 цикл72 ° C - 5 min. - 1 cycle

Для контроля величины амплифицированного фрагмента ДНК при электрофорезе использован молекулярный маркер GeneRuler 1 kb DNA Ladder (Fermentas) (линия 2, фиг. 2, размер фрагментов снизу вверх 10000, 8000, 6000, 5000, 4000, 3500, 3000, 2500, 2000, 1500, 1000, 750, 500, 250 п.н.). Наработка фрагмента ДНК размером 552 п.н. (линия 1 фиг. 2) свидетельствует о присутствии в хромосоме штамма вставки гена xyl Paenibacillus brasilensisTo control the magnitude of the amplified DNA fragment during electrophoresis, the molecular marker GeneRuler 1 kb DNA Ladder (Fermentas) was used (line 2, Fig. 2, the size of the fragments from the bottom up 10000, 8000, 6000, 5000, 4000, 3500, 3000, 2500, 2000, 1500 , 1000, 750, 500, 250 bp). The production of a DNA fragment of 552 bp (line 1 of Fig. 2) indicates the presence of the xyl Paenibacillus brasilensis gene insertion strain on the chromosome

Результаты ПЦР-фингерпринта [Applied and Environmental Microbiology, Oct, 1999, 4351-4356] штамма Pichia pastoris ВКПМ Y-4393 представлены на фиг 3.The results of the PCR fingerprint [Applied and Environmental Microbiology, Oct, 1999, 4351-4356] of the strain Pichia pastoris VKPM Y-4393 are shown in FIG. 3.

Фингерпринт проведен с использованием полимеразной цепной реакции (PCR) с использованием неспецифических праймеров М13 (линия 1 фиг. 3) и 1254 (линия 2 фиг. 3).The fingerprint was carried out using polymerase chain reaction (PCR) using non-specific primers M13 (line 1 of Fig. 3) and 1254 (line 2 of Fig. 3).

Праймер М13

Figure 00000003
Primer M13
Figure 00000003

режим реакции:reaction mode:

1 цикл1 cycle

95°С - 3 мин.95 ° C - 3 min.

39 циклов39 cycles

95°С - 30 сек.95 ° C - 30 sec.

45°С - 30 сек.45 ° С - 30 sec.

72°С - 2 мин.72 ° C - 2 min.

1 цикл1 cycle

72°С - 5 мин72 ° C - 5 min

Праймер 1254

Figure 00000004
Primer 1254
Figure 00000004

режим реакции:reaction mode:

1 цикл1 cycle

95°С - 3 мин.95 ° C - 3 min.

39 циклов39 cycles

95°С - 30 сек.95 ° C - 30 sec.

48°С - 30 сек.48 ° C - 30 sec.

72°С - 1 мин.72 ° C - 1 min.

1 цикл1 cycle

72°С - 5 мин72 ° C - 5 min

Для контроля величины фрагментов ДНК при электрофорезе использован молекулярный маркер 1kb DNA GeneRuler (Fermentas) (линия 3, фиг. 3 размер фрагментов снизу вверх 10000, 8000, 6000, 5000, 4000, 3500, 3000, 2500,2000, 1500, 1000, 750, 500, 250 п.н.).To control the size of DNA fragments during electrophoresis, a 1kb DNA GeneRuler molecular marker (Fermentas) was used (line 3, Fig. 3 fragment size from bottom to top 10000, 8000, 6000, 5000, 4000, 3500, 3000, 2500,2000, 1500, 1000, 750 , 500, 250 bp).

Пример 2. Продукция ксиланазы штаммом Pichia pastoris ВКПМ Y-4393Example 2. The production of xylanase strain Pichia pastoris VKPM Y-4393

Посевную культуру выращивают в пробирках (50 мл) с 10 мл жидкой питательной среды YPD с добавлением глюкозы (2 мас. %) при 30°С в течение 24 ч на качалке с 250 об/мин. Посев ферментационной среды осуществляют в соотношении 1/10.The seed culture is grown in test tubes (50 ml) with 10 ml of YPD liquid nutrient medium with the addition of glucose (2 wt.%) At 30 ° C for 24 hours on a shaker with 250 rpm. Sowing the fermentation medium is carried out in a ratio of 1/10.

Ферментацию проводят при 30°С на качалке (250 об/мин) в питательной среде состава (мас. %): дрожжевой экстракт - 0,5, пептон - 1, вода - остальное с добавлением глюкозы (1 мас. %) в пробирках (50 мл) с рабочим объемом 5 мл. Через 18 часов добавляют метанол (1 мас. %) Ферментацию продолжают в течение 72 часов, добавляя метанол (1 мас. %) через каждые 24 часа. После окончания ферментации определяют количество фермента ксиланазы в культуральной жидкости с использованием ДНС метода [Anal. Chem., 1959, 31 (3), 426-428].Fermentation is carried out at 30 ° C on a shaker (250 rpm) in a nutrient medium composition (wt.%): Yeast extract - 0.5, peptone - 1, water - the rest with the addition of glucose (1 wt.%) In test tubes ( 50 ml) with a working volume of 5 ml. After 18 hours, methanol (1 wt.%) Was added. Fermentation was continued for 72 hours, adding methanol (1 wt.%) Every 24 hours. After fermentation is completed, the amount of xylanase enzyme in the culture fluid is determined using the DNS method [Anal. Chem., 1959, 31 (3), 426-428].

Через 72 часа ферментации количество фермента составило 1114 ед/мл культуральной жидкости.After 72 hours of fermentation, the amount of enzyme was 1114 units / ml of culture fluid.

Пример 3. Получение трансформантов дрожжей Pichia pastoris. несущих ген xyl из Paenibacillus polymyxaExample 3. Obtaining transformants of the yeast Pichia pastoris. carrying the xyl gene from Paenibacillus polymyxa

При конструировании интегративной экспрессионной кассеты используют метод "фьюжн-пцр". В качестве источника гена xyl используют тотальную геномную ДНК Paenibacillus polymyxa ВКПМ В-3015 [Биотехнология, 2018, 34(4), 26-36]. Синтезируют ДНК гена xyl методом ПЦР с использованием праймеров XylPol-f и XylPol-rWhen designing an integrative expression cassette, the fusion-PCR method is used. The total genomic DNA of Paenibacillus polymyxa VKPM B-3015 is used as the source of the xyl gene [Biotechnology, 2018, 34 (4), 26-36]. Synthesize xyl gene DNA by PCR using XylPol-f and XylPol-r primers

Figure 00000005
Figure 00000005

Полученную последовательность ДНК встраивают в состав экспрессионной кассеты, в состав которой входят следующие генетические элементы:The resulting DNA sequence is integrated into the expression cassette, which includes the following genetic elements:

1. Ген xyl Paenibacillus polymyxa, встроенный в единую рамку считывания с нуклеотидной последовательностью сигнального пептида α-фактороа, под контролем АОХ1 промотора;1. The xyl Paenibacillus polymyxa gene, integrated into a single reading frame with the nucleotide sequence of the α factor factor signal peptide, under the control of the AOX1 promoter;

2. Терминатор транскрипции ТТАОХ1»2. Transcriptional terminator TTAOX1 "

3. Дрожжевой селективный маркер - последовательность гена HIS4 под контролем дрожжевого TEF;3. Yeast selective marker - the sequence of the HIS4 gene under the control of yeast TEF;

4. Область интеграции - нуклеотидная последовательность гена АОХ1.4. The area of integration is the nucleotide sequence of the AOX1 gene.

Полученную интегративную экспрессионную кассету трансформируют в штамм Pichia pastoris GS115 (his4) так, как описано в примере 1.The resulting integrative expression cassette was transformed into the Pichia pastoris GS115 strain (his4) as described in Example 1.

Селекцию трансформантов ведут на агаризованной среде среде YNB (HiMedia Laboratories Pvt. Limited, Индия) с добавлением глюкозы (2 мас. %) в течение 5 суток при температуре 30°С.Transformants were selected on YNB agar medium (HiMedia Laboratories Pvt. Limited, India) with the addition of glucose (2 wt.%) For 5 days at a temperature of 30 ° C.

Отбор наиболее продуктивных трансформантов и определение активности ксиланазы в культуральной жидкости проводят как описано в примере 1.The selection of the most productive transformants and determination of xylanase activity in the culture fluid is carried out as described in example 1.

По результатам ферментации отобран наиболее продуктивный трансформант №56, который при культивировании в планшете синтезирует ксиланазу в количестве 113 ед/мл культуральной жидкости.According to the fermentation results, the most productive transformant No. 56 was selected, which, when cultured in a tablet, synthesizes xylanase in the amount of 113 units / ml of culture fluid.

Пример 4. Получение трансформантов дрожжей Pichia pastoris, несущих ген xyl из Paenibacillus jamilaeExample 4. Obtaining transformants of Pichia pastoris yeast carrying the xyl gene from Paenibacillus jamilae

При конструировании интегративной экспрессионной кассеты используют метод "фьюжн-пцр". В качестве источника гена xyl используют тотальную геномную ДНК Paenibacillus jamilae ВКПМ В-4226. Синтезируют ДНК гена xyl методом ПЦР с использованием праймеров Xyljam-f и Xyljam-rWhen designing an integrative expression cassette, the fusion-PCR method is used. The total genomic DNA of Paenibacillus jamilae VKPM B-4226 was used as the source of the xyl gene. Synthesize xyl gene DNA by PCR using Xyljam-f and Xyljam-r primers

Figure 00000006
Figure 00000006

Полученную последовательность ДНК встраивают в состав экспрессионной кассеты, которая содержит следующие генетические элементы:The resulting DNA sequence is integrated into the expression cassette, which contains the following genetic elements:

1. Ген xyl Paenibacillus jamilae, встроенный в единую рамку считывания с нуклеотидной последовательностью сигнального пептида α-фактороа, под контролем АОХ1 промотора;1. The xyl Paenibacillus jamilae gene, integrated into a single reading frame with the nucleotide sequence of the α factor factor signal peptide, under the control of the AOX1 promoter;

2. Терминатор транскрипции ТТАОХ1;2. Transcriptional terminator TTAOX1;

3. Дрожжевой селективный маркер - последовательность гена HIS4 под контролем дрожжевого TEF;3. Yeast selective marker - the sequence of the HIS4 gene under the control of yeast TEF;

4. Область интеграции - нуклеотидная последовательность гена АОХ1.4. The area of integration is the nucleotide sequence of the AOX1 gene.

Трансформацию указанной интегративной экспрессионной кассеты в дрожжи Pichia pastoris GS115 (his4), отбор наиболее активных трансформантов и определение активности ксиланазы в культуральной жидкости проводят как описано в примере 3.The transformation of the indicated integrative expression cassette into the yeast Pichia pastoris GS115 (his4), the selection of the most active transformants and the determination of xylanase activity in the culture fluid is carried out as described in example 3.

По результатам ферментации отобран наиболее продуктивный трансформант №118, который при культивировании в планшете синтезирует ксиланазу в количестве 89 ед/мл культуральной жидкости.According to the results of fermentation, the most productive transformant No. 118 was selected, which, when cultured in a plate, synthesizes xylanase in the amount of 89 units / ml of culture fluid.

Claims (2)

1. Трансформант дрожжей Pichia pastoris, продуцирующий ксиланазу, содержащий ген xyl, кодирующий эндо-1,4-β-ксиланазу из Paenibacillus brasilensis или фермент, аминокислотная последовательность которого гомологична ей не менее чем на 93%.1. Xylanase producing yeast transformant Pichia pastoris containing the xyl gene encoding endo-1,4-β-xylanase from Paenibacillus brasilensis or an enzyme whose amino acid sequence is at least 93% homologous to it. 2. Трансформант по п. 1, в котором в качестве фермента, аминокислотная последовательность которого гомологична эндо-1,4-β-ксиланазе из Paenibacillus brasilensis не менее чем на 93%, используют эндо-1,4-β-ксиланазу из Paenibacillus polymyxa, или эндо-1,4-β-ксиланазу из Paenibacillus terrae, или эндо-1,4-β-ксиланазу из Paenibacillus peoriae, или эндо-1,4-β-ксиланазу из Paenibacillus jamilae.2. The transformant according to claim 1, wherein an enzyme whose amino acid sequence is homologous to at least 93% homologous to endo-1,4-β-xylanase from Paenibacillus brasilensis uses endo-1,4-β-xylanase from Paenibacillus polymyxa or endo-1,4-β-xylanase from Paenibacillus terrae, or endo-1,4-β-xylanase from Paenibacillus peoriae, or endo-1,4-β-xylanase from Paenibacillus jamilae.
RU2019107442A 2019-03-15 2019-03-15 Pichia pastoris yeast transformer producing xylanase RU2714113C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019107442A RU2714113C1 (en) 2019-03-15 2019-03-15 Pichia pastoris yeast transformer producing xylanase

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019107442A RU2714113C1 (en) 2019-03-15 2019-03-15 Pichia pastoris yeast transformer producing xylanase

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2714113C1 true RU2714113C1 (en) 2020-02-11

Family

ID=69625953

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019107442A RU2714113C1 (en) 2019-03-15 2019-03-15 Pichia pastoris yeast transformer producing xylanase

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2714113C1 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107142225A (en) * 2017-07-06 2017-09-08 江南大学 A kind of pichia yeast recombinant bacterium of overexpression Streptomyces sp. FA1 sources zytase
RU2701308C1 (en) * 2018-12-19 2019-09-25 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Государственный научно-исследовательский институт генетики и селекции промышленных микроорганизмов Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" (НИЦ "Курчатовский институт" - ГосНИИгенетика) Recombinant yeast strain pichia pastoris - producer of xylanase

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107142225A (en) * 2017-07-06 2017-09-08 江南大学 A kind of pichia yeast recombinant bacterium of overexpression Streptomyces sp. FA1 sources zytase
RU2701308C1 (en) * 2018-12-19 2019-09-25 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Государственный научно-исследовательский институт генетики и селекции промышленных микроорганизмов Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" (НИЦ "Курчатовский институт" - ГосНИИгенетика) Recombinant yeast strain pichia pastoris - producer of xylanase

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
КАЛИНИНА А.Н. и др., Сравнение ксиланаз различного происхождения в экспрессионной системе Pichia pastoris: экспрессия, биохимическая характеристика и биотехнологический потенциал, БИОТЕХНОЛОГИЯ, 2018, т.34, н.4, стр.26-36. *
МУЗАЕВ Д. М. и др., Новые штаммы дрожжей Pichia pastoris - продуценты гетерологичных белков, Экологическая генетика, 2015, т.13, н.1, стр.10-15. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Visser et al. Development of a mature fungal technology and production platform for industrial enzymes based on a Myceliophthora thermophila isolate, previously known as Chrysosporium lucknowense C1
Cho et al. δ-Integration of endo/exo-glucanase and β-glucosidase genes into the yeast chromosomes for direct conversion of cellulose to ethanol
CN107586789B (en) High-yield acidic protease aspergillus niger recombinant expression strain and construction method and application thereof
CN101784666A (en) A recombinant host cell for the production of a compound of interest
CN109790510A (en) Albumen in the case where inducing substrate is not present in filamentous fungal cells generates
Lichius et al. Genetic transformation of filamentous fungi: achievements and challenges
RU2008107784A (en) GENETIC CONSTRUCTION FOR PROVISION OF EXPRESSION OF TARGET HOMOLOGICAL AND HETEROLOGICAL GENES IN CELLS OF HEROSENUS CHEROMIUM CHESOME
RU2701308C1 (en) Recombinant yeast strain pichia pastoris - producer of xylanase
CN113646437A (en) Improved fermentation of greenhouse gases
RU2701642C1 (en) Yeast strain pichia pastoris - producer of xylanase
Verma et al. Protoplast fusion technology and its biotechnological applications
CN107058263B (en) Efficient preparation method of novel beta-amylase
RU2714113C1 (en) Pichia pastoris yeast transformer producing xylanase
Mochizuki et al. Overexpression and secretion of cellulolytic enzymes by δ-sequence-mediated multicopy integration of heterologous DNA sequences into the chromosomes of Saccharomyces cerevisiae
CN100347287C (en) Recombinated multi shape ttansenula yeast, its structural method and application
Alic et al. Genetics and molecular biology of the lignin-degrading basidiomycete Phanerochaete chrysosporium
RU2728033C1 (en) Transformant of pichia pastoris yeast, producing endo-1,4-β-xylanase from paenibacillus brasilensis
RU2725475C1 (en) Recombinant yeast strain pichia pastoris - producer of xylanase from pyromyces finnis
RU2720914C1 (en) Pichia pastoris yeast transformer producing beta-glucanase
RU2728243C1 (en) Pichia pastoris yeast strain producing xylanase from paenibacillus brasilensis
KR101744190B1 (en) Recombinant cellulase cocktails, recombinant yeast complex strains, and use thereof
KR101412468B1 (en) Mutant Beta-glucosidase with Advanced Activity and Process for Preparing Bio-ethanol Employing the Same
RU2736440C1 (en) Yeast komagataella kurtzmanii - recombinant producer of beta-gluconase
RU2736441C1 (en) Yeast strain komagataella kurtzmanii, producing beta-glucanase from bacillus pumilus and beta-glucanase from paenibacillus jamilae
RU2764793C1 (en) Yeast transformant ogataea haglerorum producing beta-mannanase, containing synthetic mans gene in chromosome